精準(zhǔn)對接!太空再現(xiàn)“萬里穿針”神技

2021年5月30日5時1分，天舟二號貨運飛船入軌后順利完成入軌狀態(tài)設(shè)置，采用自主快速交會對接模式，精準(zhǔn)對接于天和核心艙后向端口，整個過程歷時約8小時。“萬里穿針”神技再現(xiàn)太空。

快速交會對接如何實現(xiàn)

空間交會對接是載人航天活動的三大基本技術(shù)之一，也是實現(xiàn)空間站和空間運輸系統(tǒng)的裝配、回收、補給、維修、航天員交換及營救等在軌服務(wù)的先決條件，復(fù)雜度高、精準(zhǔn)度高、自主性要求高、安全性要求高。

“以往飛船的交會對接從發(fā)射到具備交會對接條件需要大約2到3天時間，過程中還需要大量的人工參與。而此次天舟二號與天和核心艙對接，整個過程歷時約8小時，不用地面干預(yù)，就像無人駕駛汽車一樣。”中國航天科技集團五院天舟二號貨運飛船副總設(shè)計師黨蓉說。

快速交會對接不僅可以縮短航天員在飛船狹小空間中滯留的時間，也可以保證一些“時鮮貨”——比如生物制劑等盡快送達(dá)空間站。如果空間站等航天器突遇緊急情況，快速交會對接可以迅速做出反應(yīng)，向空間站提供各種急需的物資或救助被困的航天員。

此次交會對接是我國在軌進行的第二次快速交會對接，與上一次2017年天舟一號貨運飛船與天宮二號飛行器的交會對接相比，此次對接中，天舟二號貨運飛船增加了“全相位全自主交會對接方案”。

“全相位”就是無論目標(biāo)飛行器在入軌時和空間站相距多少，天舟都能以最快速度或者在規(guī)定時間點實現(xiàn)對接，而不用專門根據(jù)空間站的位置來選擇飛船發(fā)射時間，真正實現(xiàn)了全天候發(fā)射。“全自主”就是從飛船入軌到交會對接成功，全程不需要人工干預(yù)，飛船上的控制器自主規(guī)劃完成。相比天舟一號，天舟二號增加了遠(yuǎn)距離自主導(dǎo)引，飛船可以利用北斗導(dǎo)航的位置信息實現(xiàn)遠(yuǎn)距離全自主導(dǎo)航計算及其制導(dǎo)與控制。

手控交會對接和自動交會對接是空間交會對接系統(tǒng)的左右手，互為備份，是系統(tǒng)可靠性的重要保障，天舟二號飛船也裝備了手控系統(tǒng)。在貨運飛船與空間站交會對接的最后平移靠攏段，手控系統(tǒng)具備支持空間站內(nèi)航天員進行手控遙操作實現(xiàn)前向或后向交會對接或撤退撤離的能力。一旦自動交會對接模式出現(xiàn)故障，空間站上的航天員可以通過“遙操作”，以遙控的方式“駕駛”飛船，幫助貨運飛船規(guī)避空間站，或者安全、準(zhǔn)確地與空間站對接。

約8小時快速交會對接的背后，中國航天科技集團八院抓總研制的對接機構(gòu)分系統(tǒng)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。為了適應(yīng)大噸位的天和核心艙以及未來超大噸位的空間站與飛船對接任務(wù)的需要，八院805所設(shè)計師創(chuàng)新性地提出了可控阻尼的控制思路，緩沖大噸位航天器對接過程中產(chǎn)生的撞擊能量。經(jīng)過544次仿真分析和317次地面試驗，阻尼器的各項功能和性能指標(biāo)得到了驗證，大型航天器對接的可靠性和安全性得到了提升。

2011年11月，神舟八號飛船成功完成了與天宮一號的兩次自動交會對接；2012年6月，神舟九號飛船在航天員劉旺的操控下與天宮一號成功實現(xiàn)手控交會對接，標(biāo)志著我國突破了相對導(dǎo)航、制導(dǎo)、控制和交會對接相對測量敏感器等一系列關(guān)鍵技術(shù)，成為世界上第三個獨立掌握交會對接的國家。此次隨著天舟二號和空間站核心艙的首次“太空牽手”，中國的空間交會對接技術(shù)迎來了新的歷史階段，未來將在空間站建造和運營中發(fā)揮更大的作用。

先進電源系統(tǒng)確保“快遞小哥”能量滿滿

天和核心艙與天舟二號貨運飛船成功對接后，在組合體飛行模式下，核心艙與貨運飛船實現(xiàn)并網(wǎng)供電。核心艙可以為貨運飛船提供最高2000瓦的供電功率，天舟飛船在關(guān)鍵時刻也能為核心艙提供1000瓦左右的供電功率。飛船上先進的電源系統(tǒng)確保貨運飛船、核心艙組合體隨時“能量滿滿”，這套電源分系統(tǒng)由中國航天科技集團八院承擔(dān)研制。

“核心艙給貨運飛船供電，主要是考慮到貨運飛船安裝在核心艙的尾部，且太陽電池翼體積較小，容易受到空間站其他組合體的遮擋，發(fā)電能力相對較弱。而貨運飛船給核心艙供電，則是為了應(yīng)對未來空間站可能出現(xiàn)的極個別特殊情況。”貨運飛船電源分系統(tǒng)主任設(shè)計師王振緒說，這也彰顯了整個空間站組合體供電的靈活性和可靠性。

為了接受來自核心艙2000瓦的電力“饋贈”，天舟二號貨運飛船需要經(jīng)歷高壓并網(wǎng)適應(yīng)過程。貨運飛船在與核心艙并網(wǎng)供電的時候，多余的電怎么處理？王振緒介紹，在天舟二號飛船艙內(nèi)，安裝有分流調(diào)節(jié)器，可以將太陽電池翼多余的電分流。

天舟二號貨運飛船安裝了鋰離子蓄電池。從飛船發(fā)射前1小時起，隨著發(fā)射、飛行、入軌，一直到太陽帆板展開前，都是由鋰離子蓄電池為飛船提供電源。此外，在交會對接時，為減少對接沖擊力對太陽帆板的影響，太陽帆板會處于水平歸零狀態(tài)。這個時候，飛船大部分的電力仍需要鋰離子蓄電池來提供。

為了確保鋰電池系統(tǒng)“不掉鏈子”，科研人員為貨運飛船配置了7種充電控制方式。貨運飛船電源分系統(tǒng)副主任設(shè)計師朱超介紹，研制人員設(shè)置的7種充電控制方式，分別對應(yīng)正常模式、故障模式和柔性模式。“為適應(yīng)快速對接狀態(tài)，天舟二號采用了與天舟一號不同的充電控制方式，將鋰離子蓄電池組的容量提高約10安時，有效保證電池電量供貨運飛船使用。”

所有的一切，確保天舟飛船這位空間站“快遞小哥”隨時保持能量滿滿的狀態(tài)。

上網(wǎng)條件大幅改善

航天員太空生活不枯燥

伴隨著此次對接，天舟二號全面升級的以太網(wǎng)通信系統(tǒng)將在未來空間站運行中派上用場，高速通信可以讓航天員盡情上網(wǎng)沖浪、聽音樂、看視頻。

天舟二號飛船對以太網(wǎng)通信進行了全面功能升級，增加了空間站天地互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)代傳功能及天地互聯(lián)網(wǎng)組播分發(fā)功能，可以在不增加通道帶寬的情況下，讓地面、空間站同時收發(fā)視頻、音頻數(shù)據(jù)。

為了提高網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，中國航天科技集團八院電子所研制團隊還特意增加了網(wǎng)絡(luò)安全策略設(shè)置功能，確保非法數(shù)據(jù)無法通過。

上網(wǎng)條件大幅改善，航天員在“太空家園”的生活將不再枯燥，可以視頻通話，也可以即時接入移動終端，還可以上網(wǎng)沖浪、聽音樂、看視頻等。

（摘自《北京日報》）